l 미세먼지는 줄어든다는데… 대체 왜?

미세먼지가 날로 심각해진다고 느껴지는 것과 달리, 실제로는 줄어드는 추세다. 2001~2017년간 미세먼지 측정자료를 토대로 보면 미세먼지의 연평균 농도는 낮아지고 있다. 연평균 농도가 감소한다는 것은 연간 배출량 자체가 감소한다는 뜻인데, 왜 우리는 미세먼지 문제가 더 심해진다고 느끼는 것일까? 이러한 현상은 고농도 미세먼지 발생일이 늘어나고 있기 때문이다.

▲자료: 환경부 대기환경정보, 서울특별시 대기환경정보, 서울대기질 평가보고서

고농도 미세먼지가 증가하는 이유는 복합적이겠지만, 전문가들은 풍속 감소나 대기 정체 등 기상 영향을 큰 이유로 해석한다. 미세먼지 배출량 자체는 꾸준히 줄고 있지만, 한반도의 대기 흐름이 원활하지 않아 풍속이 저하되어 대기오염물질의 확산이 늦어지고, 대기오염 물질 간 반응에 의한 2차 생성이 촉진된다는 것이다.

l 미세먼지, 어디서 얼마나 어떻게 발생하나

미세먼지는 생성 원인에 따라 △공장, 건설현장, 자동차 등에서 입자 상태로 직접 발생되는 ‘1차 미세먼지’ △가스 상태로 배출되었다가 대기 중에서 화학반응으로 인해 간접 발생되는 ‘2차 미세먼지’로 나뉜다.

환경부는 화학반응에 의한 2차 생성 비중이 초미세먼지에 더 큰 영향을 주는 것으로 파악하고 있다. 2016년 국내 대기오염물질 배출량 구성은 직접 발생한 1차 미세먼지(PM_2.5)가 10만 톤, 2차 미세먼지 생성에 기여하는 물질인 황산화물(SO_x), 질소산화물(NO_x), 휘발성유기화합물(VOC), 암모니아(NH₃)가 각각 36만 톤, 125만 톤, 102만 톤, 30만 톤으로 집계됐다.

대기환경보전법은 대기오염의 원인으로 인정된 가스·입자상 물질과 먼지 등 64개 물질을 ‘대기오염물질’로 규정하고 있지만, 사실상 먼지(PM₁₀, PM_2.5, 기타), 황산화물(SO_x)과 질소산화물(NO_x)이 절대적이어서 일반적으로 이들 세 가지의 총량을 측정·관리지표로 인용한다.

▲자료: 환경부 미세먼지 관리 종합계획, 2019.11.1

그럼 이 대기오염물질은 어디서 오는 걸까? 환경부가 발간한 <2019 환경백서>에 따르면, 대기오염물질 발생지는 국외 영향과 국내 배출로 나뉜다. 월별·계절별로 다르지만, 국내 대기오염물질에 대한 국외 영향은 평상시 30~50%, 고농도 시에는 60~80%까지 달한다. 한국 대기환경에 특히 영향력이 큰 중국은 미세먼지가 점차 개선되고 있지만, 지속적인 경제 성장과 함께 발전소·공장을 추가 설립하면서 2030~2050년까지 대기오염 영향이 지속될 것으로 보인다.

국내 배출원을 살펴보면 수도권은 경유차의 영향이, 전국적으로는 사업장(산업계)의 영향이 가장 크다. 2차 미세먼지를 생성하는 주요 원인물질인 SO_x와 NO_x가 수도권에서는 자동차가, 그리고 수도권 외 지역에서는 발전소나 공장 등에서 배출되는 경우가 많아서다.

그러나 환경부와 한국환경공단이 굴뚝 자동측정기기(TMS; Tele-Monitoring System)를 부착한 전국 사업장의 대기오염물질 배출량을 분석한 결과를 보면, 대기오염의 주원인인 SO_x, NO_x와 먼지의 배출량은 최근 4년간 꾸준하게 감소하는 추세다. 2018년에는 2015년보다 사업장 수가 66개 증가했음에도 불구하고 대기오염물질 배출량은 18%(7만 4,161톤) 감소했다. 그만큼 산업계가 대기오염물질 발생 저감을 위해 노력하고 있다는 뜻이다.

▲자료: 환경부 보도자료, “작년 전국 626개 사업장, 대기오염물질 9% 감축”, 2019.4.1

l 제철소 대기오염물질은 이렇게 관리한다

제철공정은 자연 상태의 철광석에서 산소를 분리해 철을 만드는 과정이다. 제철소는 크게 ‘제선→제강→압연’ 순으로 공정을 진행하는데, 대기오염물질이 주로 발생하는 공정은 제선 부문이다.

제선공정에서는 원료인 철광석과 환원제인 코크스를 고로(용광로)에 넣고, 뜨거운 바람을 불어넣어 철광석을 환원, 용해시켜 용선(Molten iron, 쇳물)을 생산한다. 이를 위해 사전에 석탄을 고온건류하여 코크스를 만들고, 철광석으로 소결광 등을 만든다.

철광석과 석탄의 주성분은 기본적으로 각각 철과 탄소지만, 불순물인 황과 질소도 미량 함유하고 있다. 이때, 석탄 속 황(S)과 질소(N)는 고온 조건에서 공기 중의 산소(O₂)와 만나 황산화물(SO_x)과 질소산화물(NO_x)로 변환된다.

따라서 대기환경 관점에서 가장 큰 리스크는 SO_x와 NO_x이며, 포스코의 관리 초점 역시 여기에 맞춰져 있다.

(1) 황산화물(SO_x) 관리

제철소에서 발생되는 SOx의 대부분은 석탄에 함유된 황 화합물이 주원인이다. 석탄을 건류하면 1㎥당 약 4,400Kcal의 열량을 가진 COG(Coke Oven Gas)가 발생되는데, 이때 황 화합물은 황화수소(H₂S) 형태로 변형되어 COG에 들어 있다. COG는 제철소 안에서 열원으로 재사용되는데, H₂S를 제거하지 않으면 연소과정에서 산소와 결합해 SO_x로 변환된다. 따라서, COG 성분 중 H₂S는 화성공정의 습식 흡수공정을 통해 제거된 후, 황 회수설비를 통해 고체 형태인 유황으로 회수된다. 포스코는 이렇게 분리한 유황을 연간 2만 톤 가량 모아 공업용품 등으로 판매하고 있다. 또한, 소결공장에서는 배가스의 SO_x를 제거하기 위해 포항제철소에서는 2004년부터 활성탄 흡착설비를, 광양제철소는 2007년부터 건식 흡착설비를 도입하여 SO_x를 60~90%까지 제거하고 있다.

(2) 질소산화물(NO_x) 관리

NO_x는 질소가 연소하면서 필연적으로 생성되기 때문에 NO_x 발생을 최소화하는 것이 중요하다. 그래서 제철소에서는 NO_x 발생이 적은 저(低)NO_x버너를 최신형으로 교체해오고 있다. 한편, 소결공장에서 가동 중인 선택적 촉매환원(SCR; Selevtive Catalytic Reduction) 기술은 연소과정에서 발생하는 NO_x 배출을 최소화한다. SCR은 촉매를 활용해 NO_x와 환원제(NH₃)를 반응 시켜 인체에 무해한 질소와 물로 전환함으로써 NO_x를 80~90%가량 저감하는 기술이다.

(3) 먼지 관리

먼지는 전기집진기 91대, 여과집진기 1004대 등 총 1700여 대의 대용량 집진기를 통해 각 공정에서 나온 먼지를 99% 이상 제거하고 있다. 또한 원료탄과 부원료를 저장하는 밀폐형 저장시설 사일로(Silo)를 179만 톤 규모로 운영하여 먼지 비산을 최소화하고 있다.

포스코는 SO_x, NO_x, 먼지를 저감하는 데 있어 최적가용기술(BAT; Best Available Technology), 즉 경제성을 고려한 최적의 기술을 적용하여 제철소 대기오염물질 저감에 총력을 다하고 있다.

l 최고의 환경기술과 투자로 만드는 ‘에코 제철소’

흔히들 공장이 있는 곳은 미세먼지가 많으리라 생각하지만, 반드시 그런 것은 아니다. 환경부 대기환경연보에 의하면 제철소가 위치한 포항과 광양의 연평균 미세먼지(PM₁₀) 농도는 전국 평균 및 타 도시보다 낮았다. 초미세먼지(PM_2.5) 농도도 마찬가지다. 간접적이지만 포스코 제철소의 대기오염물질 배출 수준에 대한 설명으로 볼 수 있다.

▲자료: 2015~2018 환경부 대기환경연보

앞서 1편에서 철강업은 원래 ‘환경적 숙명과의 싸움’이었다고 포스코의 업(業)을 규정한 바 있었다. 그런 만큼 포스코는 ‘대기오염물질 저감’을 핵심 환경목표로, 그 이행 정도를 핵심 경영지표(KPI; Key Performance Indicator)로 설정하고 있다. 즉, 철강제품 1톤 생산 시 먼지와 황산화물(SO_x), 질소산화물(NO_x)이 배출되는 양을 계산한 ‘대기배출 원단위’를 KPI로 설정하여 연간 실적을 관리한다. 대기오염물질 배출량은 주요 배출시설의 굴뚝 자동측정기기(TMS)를 통해 실시간 측정되며, 측정 데이터는 투명하게 공개되고 있다.

아래 그래프를 보면, 포스코의 조강 1톤당 대기오염물질 배출량은 지속적으로 줄어들고 있다. 2018년에는 2000년에 비해 배출총량을 40% 감축했으며, 상세하게 살펴보면 SO_x는 43%, NO_x는 33%, 먼지는 68% 저감됐다.

▲자료: 포스코 보고서

포스코는 여기서 그치지 않고 ‘2022년 대기오염물질 배출량 35% 저감’이라는 도전적인 목표 아래 2019년부터 3년간 환경관리에 1조 700억 원을 투자하고 있다. 유황 회수설비를 추가 설치하고, 소결공장 및 부생가스 발전시설에 선택적 촉매환원(SCR) 설비를 추가 설치하여 NO_x와 SO_x의 배출을 더욱 저감할 계획이다. 노후 발전시설은 폐쇄 후 신예 시설로 대체할 준비 중이며, 밀폐형 사일로도 40만 톤 규모를 추가 설치하여 연원료 비산 현상을 줄일 예정이다.

또한 현재 89개소에서 운영하는 굴뚝 자동측정기기(TMS)를 2021년까지 200여 개소로 확대하여 제철소 전체의 배출현황을 더 꼼꼼하게 모니터링할 계획이다.

한편, 미세먼지 저감을 위한 혁신기술 개발도 한창이다. 지난 5월 설립된 RIST의 미세먼지연구센터는 △저온에서도 NO_x 제거효율이 높은 저온 SCR 촉매기술 △고온의 배가스에서 SO_x를 선택적으로 제거하는 고온 건식 탈황기술 △집진필터 차압을 낮춘 고효율 여과집진기술 등 대기오염물질 제거 효율 향상은 물론 에너지 사용량까지 절감하는 기술을 개발해 제철소에 적용할 계획이다.

▲자료: 대기환경보전법

대기오염물질에 대한 배출허용기준은 5년 단위로 꾸준히 강화되어 왔다. 위 표에서 제철소 소결로에 대한 배출허용기준은 10년 전인 2010년보다 훨씬 강화됐다. 20년 전과 비교하면 기준이 2배 수준으로 강화됐지만, 포스코는 기술개발과 공정 개선 등을 통해 점차 타이트해진 배출허용기준을 만족시켜 오고 있다.

미세먼지에 대한 국민적 관심과 우려의 목소리가 높아지면서, 2020년 4월부터는 배출 총량 규제가 전국으로 확대 시행되는 등 환경정책들이 더욱 강력하게 추진될 예정이다. 포스코는 현재의 수준을 정확하게 진단, 파악하고 스스로를 감시 모니터링하며 배출 총량을 줄이는 데 최선을 다할 것이다. 경제적 가치와 환경적 가치를 동시에 높이는 것, 이것이 포스코의 사회적 책임이기 때문이다.

* 포스코 뉴스룸이 <포스코 에코 리포트>를 연재합니다. 포스코 환경경영의 참모습을 설명해 드리겠습니다.

최근 미세먼지가 국민 건강을 위협하는 빅 이슈로 떠오르고 있는 가운데, 정부는 지난해 8월 ‘미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법’을 제정, 2월 15일부터 시행에 들어갔다. 미세먼지 특별법이란 미세먼지 농도가 심각한 수준에 이를 경우, 이를 저감하기 위한 권한과 조치를 지방자치단체에 부여한 것으로, 민간 사업장과 공사장은 비상저감조치에 의무 참여해야 한다. (주요 시행내용 보기)

미세먼지는 공장, 건설현장, 자동차 등에서 고체 상태로 직접 배출되는 ‘1차 미세먼지’, 그리고 가스 상태로 배출되어 대기 중에서 화학 반응으로 인해 생긴 ‘2차 미세먼지’로 나뉜다. 2017년 정부의 ‘미세먼지 관리 종합대책’에 따르면, 국내 전체 미세먼지 발생량 중 2차 미세먼지가 72%를 차지했다.

포스코 역시 이러한 국가적 상황에 힘을 합치고자 미세먼지 배출 저감에 팔을 걷어붙였다. 포스코가 특히 주력하는 것은 2차 미세먼지 생성의 주요 원인으로 지목되는 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx) 배출 저감이다.

l 2021년까지 환경관리에 1조 700억원 선제적 투자 진행중

미세먼지 배출을 최소화하기 위해 포스코는 2021년까지 1조 700억 원을 투자한다. 우선, 질소산화물 배출을 대폭 낮출 수 있는 선택적 촉매환원(SCR; Selective Catalytic Reduction) 설비 확대 및 신설에 집중한다. SCR이란 연소공정에서 발생하는 질소산화물(NOx)이 대기중으로 배출되기 전에 질소(N2)와 산소(O2) 등 유해하지 않은 물질로 전환시키는 환경설비로, 약 65~85%의 저감효과가 있다고 알려져 있다.

포스코는 2020년까지 소결로 3기에 2000억 원, 2021년까지 부생가스 발전시설 15기에 1300억 원을 투입해 SCR 등을 추가 설치함으로써 질소산화물 제거 효율을 더욱 향상시킬 예정이다.

또한 노후한 부생가스 발전시설 6기는 2021년까지 폐쇄하고, 3500억 원을 투입해 최신 기술이 적용된 발전시설로 대체함으로써 대기오염 물질 배출을 최소화한다. 현재 이를 대비한 환경영향평가를 진행하고 있으며, 올 연말께 착공할 계획이다.

한편, 철강 생산 시 발생하는 비산먼지 저감 투자도 이뤄진다. 현재 먼지가 흩날리는 것을 방지하는 밀폐식 구조물인 사일로(Silo)를 포함해 179만 톤 규모의 33개 옥내저장시설을 운영하고 있는데, 2020년까지 3000억 원을 투자해 40만 톤 규모의 사일로 8기 등 옥내저장시설 10기를 추가 설치할 계획이다. 또한 슬래그 냉각장 신설, 환경집진기 증설 등에도 900억 원을 투자할 예정이다.

이밖에도 여과집진기의 필터 구조를 개선하고 스마트 기술을 접목하는 등 환경시설 효율 향상 기술 개발에도 집중하고 있다. 이러한 노력을 통해 포스코는 2022년까지 대기오염물질 배출량을 약 35% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

l 포항·광양 미세먼지, 전국 평균보다 훨씬 적어… 실시간 대기질 관리 효과

그동안 포스코는 매년 설비투자 전체 예산의 10%를 환경개선에 투자해왔다. 이러한 노력의 결과, 제철소 인근지역의 미세먼지 농도는 지속적으로 감소하고 있으며, 전국 평균보다도 낮다. 연간 조강생산량이 2010년 3370만 톤에서 2017년 3721만 톤으로 증가했음을 감안하면 주목할 만한 성과다. 2017년 환경부 조사에 따르면 제철소가 위치한 포항∙광양 지역의 미세먼지 연평균 농도는 각각 39㎍/㎥, 37㎍/㎥이었다. 이는 전국 96개 시∙군 평균(45㎍/㎥)보다 낮은 수치다.

포스코는 제철소 부지 경계와 인근지역에 설치된 대기질 상시 모니터링 시스템을 통해 인근지역 대기환경을 실시간으로 확인하고, 기상 여건에 따른 대기환경 영향도를 최소화하기 위해 노력하고 있다. 특히 ‘모바일 환경감시 시스템’을 통해 제철소의 미세먼지 농도를 실시간 모니터링하고, 이상 징후를 발견하면 개선 조치를 시행하고 있다.

한편 포스코는 미세먼지 특별법 발표에 앞서 지난 1월 25일 환경부와 ‘미세먼지 저감을 위한 자발적 협약(MOU)’을, 2월 25일 경북도-대구시와 ‘미세먼지 저감 공동대응 협약’을 차례로 맺었다. 포스코는 미세먼지 비상저감조치가 발령 시 소결로에 질소 함량이 낮은 저질소 무연탄을 사용해 질소산화물 배출을 줄이고, 도로 및 야드 살수도 강화, 차량 2부제 참여 등의 활동을 추진해나갈 방침이다.

포스코는 앞으로도 환경설비 성능 개선, 공정 혁신기술 개발 등 미세먼지 배출 저감에 앞장설 계획이다.

포스코가 친환경설비 구축에 2021년까지 1조 700억 원을 투자한다.

매년 설비투자 예산의 10%를 환경개선에 투자해 온 포스코는 미세먼지 배출을 최소화하기 위해 환경설비 투자를 진행해 왔으며, 특히 전체 미세먼지의 65%를 차지하는 것으로 알려진 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출 저감에 주력하고 있다.

우선 포스코는 발전설비 21기 중 노후한 부생가스 발전설비 6기는 2021년까지 폐쇄하고, 3,500억 원을 투입해 최신 기술이 적용된 발전설비를 세운다. 현재 이를 대비한 환경영향평가를 진행하고 있으며, 올해 12월에 착공할 계획이다.

나머지 부생가스 발전설비 15기와 소결로 3기 등에는 총 3,300억 원을 투입해 질소산화물 배출을 대폭 낮출 수 있는 선택적 촉매환원(SCR; Selective Catalytic Reduction) 설비 등을 추가 설치함으로써 질소산화물 제거 효율을 향상시킬 예정이다.

선택적 촉매환원 설비는 연소공정에서 발생하는 질소산화물이 대기중으로 배출되기 전에 질소와 산소 등 유해하지 않은 물질로 전환시키는 환경설비로 약 65~85%의 질소산화물 저감효과가 있는 것으로 알려져 있다.

또한 포스코는 미세먼지뿐 아니라 철강 생산 시 발생하는 비산먼지 저감에도 힘쓰고 있다. 현재 먼지가 흩날리는 것을 방지하는 밀폐식 구조물인 사일로(Silo)를 포함해 179만 톤 규모의 33개 옥내저장시설을 운영하고 있는데, 2020년까지 3000억 원을 투자해 40만 톤 규모의 사일로 8기 등 옥내저장시설 10기의 추가 설치를 추진하고 있다. 이와 함께 슬래그 냉각장 신설, 환경집진기 증설 등에도 900억 원을 투자한다.

이밖에도 여과집진기의 필터 구조를 개선하고 환경설비에 스마트 기술을 접목해 2022년까지 대기오염물질 배출량을 약 35% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편, 포스코는 1월 25일 환경부와 ‘미세먼지 저감을 위한 자발적 협약’, 2월 25일 경북도-대구시와 ‘미세먼지 저감 공동대응 협약’을 차례로 맺고 △소결로에 질소 함량이 낮은 저질소 무연탄 사용 △도로 및 야드 살수 강화 △차량 2부제 참여 등의 미세먼지 저감 활동을 추진키로 했다.

포스코 광양제철소가 제철소 부두에 정박하는 선박의 전원 공급 방식을 변경해, 매연과 미세먼지를 포함한 오염물질 배출을 대폭 줄였다. 이로써 정부의 미세먼지 저감 정책에 부응함과 함께 근로자의 작업 환경을 개선하고, 선박회사의 유류비 절감에도 도움을 줘 ‘친환경’, ‘생산성’, ‘상생’ 세 마리 토끼를 잡을 수 있게 됐다.

기존 광양제철소 전천후 부두에 정박한 선박은 저 품질의 경유로 전기를 자체공급했다. 전천후 부두는 기상여건에 관계없이 작업이 가능하도록 지은 터널식 부두인데, 배가 전력을 발생시키며 나오는 매연이 터널에 정체돼 환경오염, 작업자 불편 등의 문제가 발생했다. 또한 매연으로 인해 미세먼지가 인근 타 지역에 비해 높은 농도로 측정됐다.

이를 개선코자 포스코는 부두 육상에 전원 공급 장치를 설치해 선박이 자체 전력을 생산할 필요 없이, 육상에서 선박으로 전력을 끌어다 쓸 수 있도록 했다. ‘육상전원 공급 장치(AMP: Alternative Maritime Power supply)’라고 불리는 이 시스템을 사용하면 매연 발생은 완전히 사라지고 미세먼지 농도는 기존 대비 절반가량 떨어질 수 있다. 연간 약 14,000kg의 질소산화물, 황산화물, 일산화탄소, 미세먼지 등 오염물질이 저감될 것으로 예상된다.

작업환경의 개선으로 생산성도 오를 것으로 기대된다. 과거 매연이 심한 날은 바로 작업에 착수하지 못하고, 매연이 걷힐 때까지 2시간가량 대기해야만 했던 문제가 해결되기 때문이다. 매연으로 인해 작업자가 호흡에 불편함을 겪는 일도 사라진다. 또 선박회사는 하루에 500~650ℓ씩 사용하던 발전용 유류를 아낄 수 있다. 포스코는 전력을 무상공급함으로써 협력사와의 상생을 도모한다.

▲ 6월 22일 광양제철소 전천후 부두 선박 육상전원 공급 가동식

한편 지난 6월 22일 광양제철소는 지역 유관기관과 업체들을 초청해 ‘전천후 부두 선박 육상전원 공급 가동식’ 행사를 개최했다. 행사에 참석한 업계 관계자들은 “작업자와 선원의 불편을 해결하고 생산성 향상과 쾌적한 대기 환경 조성에 큰 도움이 될 것”이라며 기대를 드러냈다.